HPC加速的计算流体动力学在国家安全与防御中的综述
计算工程、金融与科学
2025-05-01 v2
摘要
利用高性能计算（HPC），计算流体动力学（CFD）已成为国防相关国家安全应用的关键组成部分，包括导弹拦截、高超声速推进、舰船隐身优化以及城市危险物质扩散等。本综述整合了两十年来关于HPC加速CFD在防御领域的开源与公开研究，围绕三个关键问题展开：哪些安全敏感的仿真已使用如OpenFOAM、SU2和ADflow等开源CFD框架？哪些HPC技术（如MPI域分解、GPU加速及混合并行）最能提升开源框架以处理大规模防御CFD仿真？当前哪些技术性进步和研究空白正在驱动该领域的方向性发展？本文选取NASA、DoD HPC中心及高校等机构的若干研究，按空中、海上和太空三大领域对科学贡献进行分类。诸如NavyFOAM、SU2及ADflow的边际释然求解器等模块化框架，展示了定制开源解决方案如何支持快速完成百万网格仿真的工作流程。本文总结指出，新趋势在于将超算就绪性与机器学习代理模型结合，以实现实时CFD应用，以及跨学科的HPC驱动多物理力学集成，以为防御研发中的CFD应用提供实用性见解。
引用
@article{arxiv.2504.07837,
title = {A Review of HPC-Accelerated CFD in National Security and Defense},
author = {James Afful},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.07837},
year = {2025}
}